奇亚(Salvia hispanica)起源于墨西哥和危地马拉等地，奇亚籽是该植物的种子[1-2]。在南美洲，奇亚有着悠久的种植和食用历史[3-4]。奇亚籽主要生长于南美洲1200 m海拔的荒漠地区，国内并无种植[5]。奇亚籽中含有丰富的n-3系列不饱和脂肪酸、蛋白质、膳食纤维和其他活性成分[6]。目前，奇亚籽主要作为营养补充剂添加于谷物产品、烘焙食品和饮料中[7]。2014年我国卫生部发布公告批准奇亚籽为新食品原料，扩大了奇亚籽在国内的开发应用前景。
奇亚籽饼是奇亚籽经螺旋压榨制油后的副产物，含有丰富的膳食纤维、蛋白质、活性成分及未提取完全的油脂，具有较高的开发应用价值。国内外对奇亚籽饼的研究较少，多数将其作为动物饲料使用，其中的有效成分未能充分利用。一般来说，各类油作物饼的利用主要集中在提取残油和其中的活性成分，如油茶籽饼的利用集中在提取残留的油脂、茶素皂和多糖[8]等。经压榨制油后的奇亚籽饼中的残余脂肪约11%，根据奇亚籽饼中各成分的溶解特性，利用相似相溶的原理，拟分级提取奇亚籽饼中的残余油脂、多酚和芳香水，固体残渣主要含蛋白质和膳食纤维，可进一步利用。
选用超临界CO2流体萃取法能够进一步萃取奇亚籽饼中的残油，避免高含量膳食纤维对奇亚籽油得率的影响。超临界CO2萃取法是利用CO2流体在超临界状态下具有密度大、黏度小、分散系数大的特点，对原料有较高的渗透性和较好的溶解能力，能够将原料中的某些成分提取出来[12]。萃取温度、萃取时间、萃取压力是影响超临界CO2萃取效果的重要因素。
本研究采用超临界CO2萃取奇亚籽饼中的残油，研究萃取温度、萃取时间及萃取压力对油得率的影响，得出适宜提取条件。对奇亚籽油的理化性质进行分析，分析其脂肪酸和挥发性成分组成。经超临界CO2提取油后的奇亚籽粕残存脂肪约0.18%，用70%的乙醇提取奇亚籽多酚；并收集过滤后的滤渣，用水蒸气蒸馏法制得奇亚籽芳香水，对奇亚籽芳香水中的挥发性成分进行分析，为奇亚籽饼粕的综合利用提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
1.1.1 原料与试剂
奇亚籽，上海中福集团有限公司；奇亚籽饼，奇亚籽经螺旋压榨制油的副产物；奇亚籽粕，奇亚籽饼经超临界CO2流体进一步萃取残油的副产物；37种脂肪酸甲酯标准溶液(质量浓度10 mg/mL)，美国Supelco公司；无水乙醇、NaOH、无水Na2CO3、HCl、溴甲酚绿、甲基红(分析纯)、甲醇、二氯甲烷，正己烷(色谱纯)，中国国药集团化学试剂有限公司；实验用水，均为实验室自制。
1.1.2 仪器与设备
WMTL-ZYJ-H榨油机，中山市唯美天丽电器有限公司；标准分样过滤筛，上海丰行筛网制造有限公司；Knifetec8400全自动定氮仪，Knifetec粉粹机，Soxtec2050全自动索式抽提系统，均为FOSS公司；SXL-1002型马弗炉，上海精弘试验设备有限公司；DHG-9140A型电热鼓风干燥箱，上海惠钛仪器制造有限公司；SENCO GG17 型旋转蒸发仪；UV2300 紫外分光光度计，麦仪科学仪器上海有限公司；Spe-ed SFE-2/4超临界CO2萃取装置，美国ASI；闪式高速提取器，上海钒帜精密设备有限公司；WAY-ZT自动阿贝折光仪，上海申光仪器仪表有限公司；电位滴定仪；Thermo TRACE GC ULTRA；气相色谱质谱联用仪Agilent 5977A，美国安捷伦科技(上海)有限公司。
1.2 试验方法
1.2.1 样品前处理
取适量奇亚籽，螺旋压榨后得奇亚籽饼，置于干燥器中冷却至室温，用高速粉碎机粉粹奇亚籽饼，过60目筛，将筛出的奇亚籽饼粉末收集后密封，于干燥器内贮藏待用。
1.2.2 奇亚籽饼基本营养成分分析
粗蛋白含量，参照GB/T 5009.5—2016；粗脂肪含量，参照GB/T 5009.5—2003，索式抽提法测定；水分含量，参照GB/T 5009.3—2016；灰分含量，参照GB/T 5009.4—2016。
1.2.3 超临界CO2萃取奇亚籽油工艺
称取一定量的奇亚籽饼粉末放入萃取釜中，将系统密闭，分别设定所需温度(40、60、80 ℃)、压力(136、272、408 Bar)，开CO2进气阀，开压缩机对体系进行加压，当温度、压力达到设定值时，开始计时(1.0、1.5、2.0 h)并检测压力变化。开放料阀收集奇亚籽油，并计算油的得率，如公式(1)所示。
奇亚籽油得率
(1)
1.2.4 奇亚籽油理化性质分析
色泽，参照GB/T 26516—2011；气味，参照GB/T 14454.2—2008；密度，参照GB/T 13531.4；折光率，GB/T614—2006；酸值，参照LS/T 6107—2012；皂化值，GB/T 5534—2008。
1.2.5 奇亚籽油脂肪酸组成分析方法
脂肪酸组成采用气相色谱法进行分析检测，脂肪酸甲酯方法参照GB/T 5009.168-2016中的三氟化硼法。气相色谱条件如下：色谱柱，Agilent SP-2560(100 mm×0.25 mm，0.2 μm)；升温程序，柱初始温度70 ℃，以50 ℃/min升温至140 ℃，保持1 min，4 ℃/min升温至180 ℃，保持1 min，3 ℃/min升温至225 ℃，保持30 min；气化室温度25 ℃；载气(N2)流速1 mL/min；进样量1 μL，分流比45∶1；脂肪酸含量采用峰面积百分比法确定。
1.2.6 闪式高速提取奇亚籽粕多酚
多酚含量的测定参照文献[8]中的福林酚法，并适当修改。准确称取4 g奇亚籽粕于烧杯中，按照料液比1∶25加入70%的乙醇，在50 V电压下提取2 min后高速离心。取上清液过滤，并旋转蒸发到一定体积，定容至50 mL，取1 mL待测液，加1.5 mL福林酚试剂，加 3 mL 75 g/L的碳酸钠溶液，用蒸馏水定容至10 mL，静置反应2 h。以蒸馏水为参比溶液，在 760 nm处测定吸光度。通过没食子酸在蒸馏水中的标准曲线：y=1.862 6x+0.016 9,R2=0.997 9和已获得的吸光度值计算没食子酸的浓度。奇亚籽多酚的提取量(mg/g)计算公式如式(2)所示。
奇亚籽多酚的提取量
(2)
1.2.7 奇亚籽芳香水的制备
准确称取4 g奇亚籽饼粕置于1 000 mL蒸馏烧瓶中，加400 mL蒸馏水与少量沸石，连接蒸馏装置，冷凝回流1 h，收集芳香水约20 mL，于4 ℃冰箱冷藏待用。
1.2.8 奇亚籽油和奇亚籽芳香水挥发性成分组成分析
1.2.8.1 固相微萃取条件
准确称取2 g奇亚籽油和2 g奇亚籽芳香水分别置于15 mL顶空固相萃取瓶中，于60 ℃水浴锅热平衡10 min，加热60 min，将65 μm PDMS/DVB固相微萃取头迅速插入样品瓶顶空部分进行热吸附，然后将吸附后的萃取头插入气相色谱进样口，在250 ℃条件下进行解吸，进入GC-MS系统进行分离检测。参考相关文献确定油挥发性组分，采用面积归一法确定各成分相对含量。
1.2.8.2 GC-MS条件
参照文献[8]色谱条件：hp5弹性毛细管柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm)；柱温40 ℃，保持2 min，5 ℃/min升温至210 ℃，保持 5 min；载气(He)流速1 mL/min，进样量 1 μL；分流比3∶1。质谱条件：EI离子源，电离电压70 eV，离子源温度230 ℃，质量扫描范围35～550 amu。
2 结果与分析
2.1 奇亚籽饼的营养成分
对奇亚籽饼的营养成分进行分析，并与奇亚籽[10]作比较，结果见表1。可以看出，螺旋压榨制油后的奇亚籽饼仍含有11.49 g/100 g的粗脂肪。奇亚籽油中含有丰富的n-3系列不饱和脂肪酸，是神经元细胞的重要营养素和主要成分。同时，奇亚籽饼中的膳食纤维含量高达44.79 g/100 g，膳食纤维不仅能提高人体对葡萄糖、脂质代谢和矿物质生物利用度，而且能够促进肠道上表皮细胞新陈代谢和再生，保护其结构功能[11]。但奇亚籽饼中的膳食纤维遇水膨胀后形成胶状物质，不利于与其他成分分离。
如表1所示，奇亚籽饼中含量最多的是膳食纤维。膳食纤维遇水溶胀，在使用水蒸气蒸馏法提取奇亚籽精油的过程中，会阻止原料和水充分的接触，易发生焦糊现象，不利于精油的提取，影响其品质。
表1 奇亚籽饼的营养成分 单位：g/100g
Table 1 Composition of nutritional components of Chia seed cake
原料粗蛋白粗脂肪灰分水分膳食纤维[9]碳水化合物[9]奇亚籽饼31.48±0.0911.49±0.474.05±0.102.11± 0.0744.79±0.535.65±0.53奇亚籽[10]23.31±0.1834.20±1.314.41±0.024.79±0.0627.71±0.045.58±1.30
2.2 超临界CO2流体萃取奇亚籽油
从图1可以看出，在一定的压力下随着温度升高，油提取率增加。在较高压力下，随着温度的增加，效果更明显。同样，在一定的温度下增加压力，奇亚籽油的提取率也不断增加。
图1 不同的萃取温度、萃取时间、萃取压力对奇亚籽油得率的影响
Fig.1 Effect of different extraction temperature， extraction time and extraction pressure on the yield of Chia seed oil
随着提取时间的不断增加，奇亚籽油的提取率也不断增加。奇亚籽油的得率与萃取温度、萃取时间和萃取压力均呈正相关。这是由于增加萃取温度会提高奇亚籽饼的油溶性，增加萃取压力会提高超临界CO2的密度。在萃取温度80 ℃、萃取时间2 h、萃取压力408 Bar时，奇亚籽油的得率达到最大，为8.92%。由于实验室设备条件的限制，收集管不能完全密闭，导致少量油挥发。萃取结束后，对超临界CO2萃取釜中的奇亚籽粕进行索氏抽提脂肪，测得残油率为0.18%。这表明，奇亚籽饼中的绝大部分油溶性成分已被萃取出来。
2.3 奇亚籽油理化性质
按照GB/T 26516—2011对奇亚籽油进行相关感官、理化指标的分析，并与其他油进行对比，结果见表2。
表2 奇亚籽油和其他油的感官、理化指标(20 ℃)
Table 2 Physical and chemical indicators of Chia seed oil and other oil
品名外观气味密度/(g·mL-1)折光率酸值/[(KOH/(mg·g-1)]皂化值/(mg·g-1)奇亚籽饼油浅黄色,无结晶香味较淡0.93221.4790.183 2186.50金柑果皮油[13]——0.838 01.4700.466 8—茶树油[14]无色到淡黄色特征香气0.885 0～0.906 01.475～1.482—柠檬油[15]绿黄色或黄色特征香气0.847 0～0.858 01.473～1.477≤3
在20 ℃条件，奇亚籽饼油呈浅黄色，无结晶生成，密度0.932 2g/mL、折光度1.479、酸值0.183 2([(KOH/(mg/g)]、皂化值186.50 mg/g。与茶树油相比，奇亚籽油的密度稍高，折光率相近。与金桔果皮油和柠檬油相比，奇亚籽饼油的酸值均低于两者，奇亚籽来源天然，含有大量的抗氧化活性成分，具有较高的品质。与其他油相比，奇亚籽油的香味较淡，这可能与奇亚籽油中含有的挥发性成分较少有关。
2.4 奇亚籽油脂肪酸组成分析
对奇亚籽油的脂肪酸组成进行分析，测定其脂肪酸组成和含量，结果见表3。由表3可以看出，奇亚籽油中共检测出10种脂肪酸。其中的饱和脂肪酸主要有丁酸、硬脂酸和花生酸，含量约占1.38%。单不饱和脂肪酸中主要由银杏酸、棕榈油酸、油酸和二十碳烯酸组成。多不饱和脂肪酸有亚油酸、α-亚麻酸和γ-亚麻酸。奇亚籽油内的α-亚麻酸和亚油酸的含量很高，这2种必需脂肪酸占脂肪酸组成的57%。其中，α-亚麻酸的含量27.79 g/100 g，α-亚麻酸属于ω3系列多不饱和脂肪酸，在防止皮肤表面水分流失、维护角质层表皮屏障、中断皮肤黑色素生成等方面具有良好的生物学功能[16]。超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)能消除生物体在新陈代谢过程中产生的超氧自由基。谷胱甘肽过氧化物酶可以保护细胞膜的结构及功能不受过氧化物的干扰及损害[17]。α-亚麻酸能使谷胱甘肽过氧化物酶及超氧化物歧化酶活性增加，减少自由基代谢产物丙二醛的生成，具有良好抗衰老作用[18]。
表3 奇亚籽油脂肪酸组成分析 单位：g/100 g
Table 3 Analysis of fatty acid composition of Chia seed oil
脂肪酸种类脂肪酸组成含量饱和脂肪酸(SFA)丁酸(C4∶0)0.41±0.02硬脂酸(C18∶0)0.94±0.67花生酸(C20∶0)0.02±0.01单不饱和脂肪酸(MUFA)银杏酸(C15∶1)19.89±0.23棕榈油酸(C16∶1)0.23±0.32油酸(C18∶1ω9)2.01±1.95二十碳烯酸(C20∶1ω9)14.93±1.10多不饱和脂肪酸(PUFA)亚油酸(C18∶2ω6)28.92±0.02α-亚麻酸(C18∶3ω3)27.79±0.13γ-亚麻酸(C18∶3ω6)4.23±0.09
2.5 闪式提取器提取奇亚籽多酚
采用实验室优化的方法，利用闪式提取器提取奇亚籽多酚。经测定，奇亚籽多酚的得率为7.25 mg/g，高于常见的苹果果肉[19]中的多酚含量(1.95 mg/g)，低于蓝莓[20] (11.05 mg/g)和绿茶[21](66.03 mg/g) 的多酚含量。国内外研究表明，多酚类化合物对人体皮肤具有美白、抗氧化、收敛毛孔、保湿等作用[22-23]。多酚可以作为酪氨酸酶的底物类似物与酶进行结合，降低黑色素的形成[24]。多酚与蛋白质以疏水键和氢键方式进行复合，产生收敛效果，有利于收缩毛孔，改善皮肤粗糙的状态，减少油腻性皮肤皮脂的过度分泌[25]。多酚作为强效的自由基清除剂可以减轻组织氧化受损程度，通过抑制基质金属蛋白酶的诱导防止紫外线引起的皮肤损伤[26]。多酚含有大量亲水性酚羟基，作用于皮肤时能与水发生结合，减少水分散失，从而达到保湿效果[27]。
2.6 奇亚籽油和芳香水挥发性成分分析
奇亚籽油和芳香水的挥发性成分的分析结果如表4所示。奇亚籽油中共检测出24种挥发性成分，其中种类最多的是芳香烃类和烷烃类，分别为8种和5种。这与于芸等[28]用超临界CO2流体萃取的牡丹油中，芳香烃类和烷烃类成分种类最多结果一致。奇亚籽油低沸点挥发物少，这可能是因为超临界CO2流体萃取过程中损失部分低沸点呈香物质；奇亚籽芳香水中共有28种挥发性成分，多为含氧化合物，包括酯类，醛类、酚类、酮类。含氧化合物通常是芳香气味突出或生物活性较强的成分，此类化合物对芳香水感官品质有重要影响[29]。奇亚籽芳香水中种类最多的成分是酯类物质，这是由于在蒸馏的过程中，有少部分水溶性油被蒸出，但是此类成分在水相中的浓度低于其饱和浓度，难以析出至油层。因此在蒸馏结束后，芳香水中会溶有少部分水溶性油。酞酸二异丁酯和苯乙醛是奇亚籽芳香水中的关键成分，苯乙醛别名风信子醛，具有类似风信子的香气，酞酸二异丁酯具有芳香气味。经水蒸汽蒸馏制得芳香水后的残渣主要含膳食纤维和蛋白质，经烘干后可进一步制得膳食纤维和蛋白质相关产品。
表4 奇亚籽油和奇亚籽芳香水挥发性成分分析
Table 4 Analysis of volatile components in Chia seed oil and aroma water
保留时间/min化合物含量/(μg·100g-1)油芳香水1.817乙醇Ethanol41.231.752.464乙酸Acetic acid24.00-3.976甲基环己烷Cyclohexane, methyl-3.13-4.858甲苯Toluene10.95-5.099顺式-1,3-二甲基环己烷Cyclohexane, 1,3-dimethyl-, cis-1.29-6.5641,1,2三甲基环己烷Cyclohexane, 1,1,2-trimethyl-3.01-7.528间二甲苯Benzene, 1,3-dimethyl-9.79-
续表4
保留时间/min化合物含量/(μg·100g-1)油芳香水8.216对二甲苯p-Xylene6.81-9.311丙基环己烷Cyclohexane, propyl-1.09-10.276安息香醛Benzaldehyde-1.2610.3161-乙基-3-甲苯Benzene, 1-ethyl-3-methyl--10.5461,2,4-三甲基苯Benzene, 1,2,4-trimethyl-1.90-11.205己酸Hexanoic acid1.02-11.3111,3,5-三甲基苯Benzene, 1,3,5-trimethyl-3.31-12.875苯乙醛Benzeneacetaldehyde4.3013.1101-甲基-3-丙基-苯Benzene, 1-methyl-3-propyl-0.66-13.705(E,E) -3,5 -辛二烯-2 -酮3,5-Octadien-2-one, (E,E)-0.551.8614.711壬醛Nonanal2.2115.4752,5-吡咯烷二酮2,5-Pyrrolidinedione0.61-15.775苄基腈Benzyl nitrile1.1516.657癸烷,1,1'-氧双Decane, 1,1'-oxybis-0.47-16.7161-壬醇1-Nonanol0.70-17.104萘Naphthalene1.03-17.693癸醛Decanal0.9918.281苯并噻唑Benzothiazole0.9220.233甘菊环Bicyclo[4.4.1]undeca-1,3,5,7,9-pentaene1.04-20.7632-甲氧基-4-乙烯基苯酚2-Methoxy-4-vinylphenol1.3520.8922,5-十八碳二炔酸甲酯2,5-Octadecadiynoic acid, methyl ester0.59-21.787Propanoic acid, 2-methyl-, 2,2-dimethyl-1-(2-hydroxy-1-methylethyl)propyl ester0.3321.922丁香酚Eugenol0.5522.3452,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯Propanoic acid, 2-methyl-, 3-hydroxy-2,4,4-trimethylpentyl ester1.2223.016香草醛Vanillin2.97-24.1331-(2-羟基-4-甲氧基)-苯乙酮Ethanone, 1-(2-hydroxy-4-methoxyphenyl)-31.940.4224.2922-甲氧基-4-(1-丙烯基)-苯酚,Phenol, 2-methoxy-4-(1-propenyl)-1.0124.398邻酞酸二甲酯Dimethyl phthalate0.6325.280兰桉醇Globulol0.61-25.4152,4-双(1,1-二甲基乙基) -苯酚Phenol, 2,4-bis(1,1-dimethylethyl)-0.4127.792Pentanoic acid, 2,2,4-trimethyl-3-carboxyisopropyl, isobutyl ester1.6428.0698-丙氧基柏木烷Cedrane, 8-propoxy-0.7528.563苯甲酮Benzophenone1.6729.145β-桉叶醇2-Naphthalenemethanol, decahydro-ππ4a-trimethyl-8-methylene-, [2R-(2π4aπ8aπ]-0.2431.362 4-甲基二苯甲酮Methanone, (4-methylphenyl)phenyl-0.3731.551(4-甲基苯基)苯基-苯甲酸苄酯甲酮Methanone, (4-methylphenyl)phenyl-Benzyl Benzoate2.4032.686肉豆蔻酸异丙酯i-Propyl tetradecanoate1.160.2533.615邻酞酸二异丁酯1,2-Benzenedicarboxylic acid, bis(2-methylpropyl) ester6.5634.539邻苯二甲酸正丁异辛酯1,2-Benzenedicarboxylic acid, butyl octyl ester0.4034.554邻苯二甲酸异十八醇酯Phthalic acid, isobutyl octadecyl ester0.2835.468酞酸二丁酯Dibutyl phthalate1.2336.609十六烷酸异丙酯i-Propyl hexadecanoate0.92总量149.8637.07
3 结论
采用超临界CO2萃取奇亚籽饼中的残油，奇亚籽油的得率与萃取温度、萃取时间、萃取压力均呈正相关。在萃取温度80 ℃、萃取时间2 h、萃取压力408 Bar的条件下，奇亚籽油的得率最高，达到8.92%。
在20 ℃条件下，奇亚籽油的外观呈浅黄色，无结晶生成，密度0.932 2 g/mL、折光度1.479、酸值0.183 2[(KOH/(mg/g)]、皂化值186.50 mg/g。奇亚籽油中的不饱和脂肪酸含量占总含量的98.60%，其中亚油酸和α-亚麻酸的含量最高，分别为(28.92±0.02)g/100g和(27.79±0.13)g/100g。
采用闪式提取器提取奇亚籽多酚，在乙醇浓度70 %、料液比1：25、提取电压50 V，提取时间2 min的条件下，奇亚籽多酚的提取量为7.25 mg/g。
超临界CO2萃取的奇亚籽油，共检测出24种挥发性成分，但呈香物质含量较低，感官表现为奇亚籽油香味较茶树油和柠檬油淡。奇亚籽油中影响气味组成的主要物质有1-(2-羟基-4-甲氧基)-苯乙酮、甲苯、间二甲苯等。奇亚籽芳香水中的挥发性成分种类高于奇亚籽油，多为含氧化合物，这类成分气味丰富，赋予奇亚籽芳香水天然的香味。
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